The Innovation | 森林损失对地表温度的长期动态影响

森林损失会显著改变局地气候，但这种影响会持续多久？是否会随时间加剧或缓解？本研究系统追踪了森林损失后土地利用或植被恢复对温度影响的动态过程，为气候变化应对提供科学依据。

导 读

森林损失通过生物物理过程显著影响局地气候。尽管遥感观测提供了直接证据，但现有研究多局限于森林损失前后地表温度（land surface temperature, LST）的静态差异，忽视了毁林或森林干扰后植被变化导致的温度动态响应。为此，本文结合时序变化解析方法，从突变、渐变及季节周期变化多维度入手，系统评估不同森林损失类型下温度响应的持续性和恢复力，并揭示其内在生物物理机制。研究结果为气候缓解与适应策略制定及未来气候预测提供了重要参考。

图1 图文摘要

全球尺度上，森林损失产生显著增温影响（∆T_1=+0.12 K），随后，增温效应以-0.14K/10年的速度（∆T_slope）减弱，全球温度变化的主导模式为增温减弱，占比28.8% （图2）。温度的即时响应具有纬度依赖性：中低纬度增温显著，北半球高纬度地区除火灾影响区呈现增温，其余地区降温显著；长期来看，全球大部分区域温度响应呈下降趋势，北部寒带区下降最快（-0.26 K/10y）。总体来说，北部寒带区的主导模式为降温增强及增温减弱，中低纬度地区主导模式包括持续增温及增温减弱。

图2 森林损失引起的LST趋势分量变化的空间格局。（A）趋势分量突变（∆T_1）；（B）趋势分量渐变（损失后趋势分量的线性斜率∆T_slope）；（C）趋势分量时间变化模式：增温加剧（+ +）、增温减弱（+ -）、持续增温（+ ~）、降温加剧（- -）、降温减弱（- +）和持续降温（- ~）。南半球中纬度（SM）、低纬度（LL）、北半球中纬度（NM）、北部寒带区（Boreal）。

不同森林损失类型的温度效应差异较大（图3）。永久性毁林造成的增温效应较为稳定，或因人为活动有所加剧。如中低纬度农业扩张导致增温持续，北半球中纬度的城市化由于人为热释放加剧增温。森林干扰，如农业转移、林业管理和火灾，在中低纬度造成的变暖效应随植被恢复减弱。其中，火灾造成的温度响应最为剧烈。相比之下，北部寒带区林业管理和火灾未表现出恢复动态：林业管理导致降温加剧，火灾初期的增温效应转换为更强的降温效应，表明北部寒带区森林干扰后植被恢复力较弱。

图3 森林损失后1至14年温度的时间动态变化（∆T）。永久性毁林包括农田扩张（cCRO，A和C）和城市化（URB，B和D）；暂时性森林干扰包括农业转移，即农田扩张后弃耕（shiftAG，E和H）、林业管理（forestry，F和I）和火灾（fire，G和J）。子图标题表示“气候区-森林损失类型”。P代表损失比例。*表示统计值在5%显著性水平下通过t检验。

森林损失对温度季节性周期的影响为：季节振幅放大（∆S_A=+0.21 K）以及季节相位提前（∆S_φ=-0.6天）（图4）。北部寒带区火灾引起的绝对∆S_A最为显著（+0.5 K），同时推迟季节相位，但幅度较小；低纬度地区农业扩张引起的相对∆S_A最显著（+1.2 %），并显著提前季节相位（-2.6天）。

图4 森林损失引起的不同月份季节性分量变化（∆S）、季节性振幅变化（∆SA）和季节性相位变化（∆Sφ）。

森林损失通过改变潜热通量（LE）、反照率（Albedo）和感热通量等多因素共同调控地表温度，但在不同气候条件、毁林类型和时间阶段表现出差异化的主导机制（图5）。中低纬度森林损失的增温效应由潜热通量减少主导，感热通量的作用随时间增强；森林干扰后潜热随植被恢复而增强，导致增温减弱。北部寒带区森林干扰后温度动态变化的主控因素随时间有所变化。反照率增加主导林业管理早期的降温效应，但降温加剧的轨迹由潜热增强驱动；火灾后潜热缓慢增强，以及因冠层和黑炭减少以及积雪覆盖引起的反照率进一步降低共同驱动林火后的温度响应轨迹。温度季节变化（∆S）的驱动机制具有显著纬度差异（图6）。其中，中低纬度地区潜热通量主导了季节周期的放大，同时季节相位提前与热容量减少有关；而北部寒带区反照率对季节周期放大的贡献显著增加，冬季太阳辐射减少造成季节相位推迟。

图5 森林损失后由潜热通量变化（∆TLE）和反照率变化（∆Tα）引起的等效地表温度变化（∆T）与观测到的∆T的对比。

图6 森林损失后由潜热通量变化（∆SLE）和反照率变化（∆Sα）引起的等效地表温度季节性分量的变化（∆S）与观测到的∆S在不同月份的对比。

总结与展望

本研究基于遥感观测数据系统揭示了森林损失对局地气候的动态影响过程。研究发现，毁林导致持续增温，森林干扰的温度效应的减弱或加剧取决于干扰类型和强度、背景气候、积雪条件及植被恢复等因素。通过区分森林损失的突发影响与后续植被变化的缓慢影响，本研究调和了以往研究的矛盾结果。未来通过融合多源数据延长时间跨度，可进一步揭示森林损失及其他地表干扰对气候的长期影响，为气候变化研究提供科学依据。

责任编辑

周   雅   广州工业大学

葛俊逸   中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675825000785

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第6卷第6期以Article发表的“Contrasting temporal dynamics of land surface temperature responses to different types of forest loss” (投稿: 2024-09-21；接收: 2025-03-07；在线刊出: 2025-03-11)。

DOI:10.1016/j.xinn.2025.100875

引用格式：Li J., Li Z., Liu X., et al. (2025). Contrasting temporal dynamics of land surface temperature responses to different types of forest loss.The Innovation6:100875.

作者简介

李召良，中国科学院地理科学与资源研究所/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员、博士生导师、国家杰出青年科学基金和基金委创新研究群体项目获得者、欧洲科学院（Academia Europaea）院士、国际电磁科学院会士及IEEE会士。长期从事热红外遥感与地学分析研究，在Reviews of Geophysics、Remote Sensing of Environment、Nature Communications和Science Bulletin等期刊上发表科技论文300多篇，被引2.5万余次，成果获国家自然科学二等奖1项（排名第一）、国家科技进步二等奖1项、全国创新争先奖奖状以及省部级奖12项。

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